NH-(NH)SO-HO体系浸出异极矿的研究

摘要

随着锌硫化矿资源的日趋紧缺，锌氧化矿资源正逐步得到开发和利用。对高碱性脉石氧化锌矿，采用氨-铵盐-水体系浸出，是较为适宜的工艺，已开展了大量研究。 在氧化锌矿中，锌主要以红锌矿、菱锌矿、水锌矿、硅锌矿、异极矿等矿物存在，在氨-铵盐-水体系浸出条件下，氧化锌、碳酸锌类矿物较易浸出，这点已成共识。而对异极矿等硅酸锌类矿物，研究尚十分缺乏，对其在浸出中的行为，目前还存在分歧，很多研究者往往将氧化锌矿在氨-铵盐-水体系下浸出率不高的原因，归于异极矿等硅酸锌类矿物在该体系下不能浸出所致。因此，研究异极矿在氨-铵盐-水体系下的浸出热力学与实际浸出行为，具有重大学术与应用价值。 本文以纯异极矿为原料，开展了氨-硫酸铵-水体系浸出异极矿的研究。对Zn4Si2O7（OH）2·H2O-NH3-（NH4）2SO4-H2O体系进行了热力学分析，绘制了异极矿锌、硅的溶解平衡图。当总氨浓度为8.5mol/L时，pH为6.2～12.8范围是Zn（NH3）42+的稳定区，并在pH为9.2时达到最大值。pH值小于9.6的范围为游离硅酸H4SiO4（aq）的稳定区域，pH在9.6和11.8之间平衡体系中硅主要以H3SiO4-离子形式存在，pH值大于11.8的范围是H2SiO42-稳定区域。随着总氨浓度的增加，锌的平衡浓度迅速增加；硅由于达到硅酸的饱和度而析出固体硅酸，其浓度在pH为9.6以下变化不明显，pH进一步升高，各级加质子硅酸根离子逐级转变为H2SiO42-，这时溶液中总硅浓度增加。浸出剂[NH3]/[N]T为0.5时锌的平衡浓度达到最大值。 实验考察了总氨浓度、反应时间、氨/铵摩尔比、温度和搅拌速度等因素对浸出率的影响。结果表明：在氨-硫酸铵-水体系中浸出异极矿时，总氨浓度对锌浸出率影响最大，采用纯氨或纯硫酸铵体系时锌的浸出率很低，这与热力学计算结果吻合。在总氨浓度8.5mol/L，NH3/（NH4）2SO4摩尔比为2：1，液固比20，反应温度45℃，搅拌速率250 r/min，时间1h的浸出条件下，锌浸出率可达93.84％。 本文研究表明，在NH3-（NH4）2SO4-H2O体系中浸出异极矿，在热力学上是可行的，实际浸出反应速度也较快。在所研究的条件范围内，浸出后异极矿中的硅转化为无定型SiO2·2H2O，进入浸出渣中。浸出总反应为：Zn4Si2O7（OH）2·H2O（s）+8NH3（aq）+8NH4+→4Zn（NH3）42++SiO2·2H2O（s）+2H2O。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述

1.1概述

1.1.1锌及其化合物的性质

1.1.2锌的资源

1.1.3锌的用途

1.1.4锌的生产和消费状况

1.2锌的冶炼工艺

1.2.1火法炼锌

1.2.1湿法炼锌

1.3锌氧化矿处理方法

1.3.1火法

1.3.2硫酸浸出

1.3.3氢氧化钠浸出

1.3.4氨法浸出

1.4课题提出背景和意义

第二章NH3-(NH4)2SO4-H2O体系浸出异极矿的热力学分析

2.1体系中可能存在的物种及化学平衡方程

2.2 Zn4Si2O7(OH)2·H2O-NH3-(NH4)2SO4-H2O体系组分浓度与PH关系

2.2.1热力学计算模型

2.2.2结果与讨论

2.3 Zn4Si2O7(OH)2·H2O-NH3-(NH4)2SO4-H2O体系组分浓度与浸出剂[NH3]/[N]T的关系

2.3.1热力学计算模型

2.3.2结果与讨论

2.4本章小结

第三章异极矿样品的表征

3.1异极矿样品地质背景及样品描述

3.2异级矿样品的分析测试

3.2.1 XRD测试

3.2.2 FTIR红外光谱测试

3.2.3 DSC-TGA测试

3.3分析与讨论

3.3.1化学成分分析及锌物相分析

3.3.2异极矿的X射线衍射分析

3.3.3红外光谱分析

3.3.4差热-失重分析

3.4小结

第四章浸出实验研究方法

4.1实验原料及仪器

4.2实验过程

4.3分析测试

4.3.1锌的分析检测

4.3.2浸出渣分析检测

第五章实验结果与讨论

5.1异极矿在NH3-(NH4)2SO4-H2O体系中浸出的反应

5.1.1浸出渣的表征

5.1.2浸出渣加热过程的研究

5.1.3异极矿在NH3-(NH4)2SO4-H2O体系中的浸出反应机理

5.2异极矿在浸出过程中的演变规律

5.2.1不同时间的浸出渣XRD分析

5.2.2不同时间的浸出渣SEM分析

5.3浸出条件对锌的浸出率的影响

5.3.1总氨浓度

5.3.2 NH3占总氨的摩尔比率

5.3.3液固比

5.3.4反应时间

5.3.5温度

5.3.6搅拌速率

5.4本章小结

第六章结论与建议

6.1结论

6.2建议

参考文献

致谢